많은 차세대 에너지원의 후보 중에서 수소연료가 주목받고 있는데, 수소는 금속재료를 취화시키는 경향이 보고되고 있어, 수소환경에서 사용되고 있는 재료에 대한 평가와 방지대책이 필요하다. 대용량의 수소를 공급하는 가장 합리적인 방법은 기존의 천연가스 배관망을 이용하는 것인데, 본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 천연가스 배관강인 API X65강의 모재부와 용접부 재료를 이용하여 인위적으로 수소를 장입하였고, 장입된 시험편을 이용하여 소형펀치시험을 수행함으로써 수소가 SP시험결과에 미치는 영향을 파악하였다. 또한 다양한 수소장입 조건에 대하여 경향을 분석할 때, 통계적인 처리를 통해 2가지 인자에 의해 나타나는 결과의 경향을 쉽게 파악할 수 있도록 ...
많은 차세대 에너지원의 후보 중에서 수소연료가 주목받고 있는데, 수소는 금속재료를 취화시키는 경향이 보고되고 있어, 수소환경에서 사용되고 있는 재료에 대한 평가와 방지대책이 필요하다. 대용량의 수소를 공급하는 가장 합리적인 방법은 기존의 천연가스 배관망을 이용하는 것인데, 본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 천연가스 배관강인 API X65강의 모재부와 용접부 재료를 이용하여 인위적으로 수소를 장입하였고, 장입된 시험편을 이용하여 소형펀치시험을 수행함으로써 수소가 SP시험결과에 미치는 영향을 파악하였다. 또한 다양한 수소장입 조건에 대하여 경향을 분석할 때, 통계적인 처리를 통해 2가지 인자에 의해 나타나는 결과의 경향을 쉽게 파악할 수 있도록 3차원 분석을 수행하였다. X65강의 모재부를 이용한 실험결과를 보면, 수소장입에 의한 영향이 SP강도에 큰 영향을 미치지 못한 것으로 분석되었고 수소장입에 의한 효과는 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 용접부 시험편에서는 수소장입시 전류밀도와 장입시간이 증가하면 SP강도가 감소하는 경향을 보이고 있으며 모재에 비해 수소에 의한 영향이 크게 나타났다. 미세조직사진과 파면사진을 비교해 보면, 모재부와 용접부는 시각적으로 분명한 차이를 나타내고 있으며, 수소장입조건에 대하여 용접부는 SP거동이 민감하게 반응하였다. 실험으로부터 측정된 SP강도를 기준으로 고려해 볼 때, 모재부 수소장입 시험편은 수소를 장입하지 않은 시험편에 비해 최대 7.5 % 정도의 SP강도가 감소된 반면, 용접부는 최대 32 %의 SP강도가 감소된 것으로 측정되었다. 이러한 경향은 고압의 수소분위기에서 기존의 재료시험법을 통해 측정한 경향과도 일치하였다. 수소는 접촉된 표면으로부터 침투해 들어가므로 충분히 장입된 상태를 만들기 위해서 시험편의 두께가 얇을수록 수소의 장입에 유리하다. 전기화학적인 수소장입법은 수소침투량의 조절이 쉽고 편리한 방법이며 얇은 시험편을 이용하는 소형펀치시험법은 수소가 장입된 시험편의 특성을 평가하기 적합한 평가법이라 할 수 있다. 본 연구를 통해 제안된 평가법의 재현성과 민감도는 실험을 통해 확인되었으며 용접부, 열영향부 등 기존의 기계적 강도평가법을 수행하지 못하는 취약부위를 평가할 수 있다는 장점이 있기 때문에 좋은 평가법의 하나로 활용될 수 있을 것이다.
많은 차세대 에너지원의 후보 중에서 수소연료가 주목받고 있는데, 수소는 금속재료를 취화시키는 경향이 보고되고 있어, 수소환경에서 사용되고 있는 재료에 대한 평가와 방지대책이 필요하다. 대용량의 수소를 공급하는 가장 합리적인 방법은 기존의 천연가스 배관망을 이용하는 것인데, 본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 천연가스 배관강인 API X65강의 모재부와 용접부 재료를 이용하여 인위적으로 수소를 장입하였고, 장입된 시험편을 이용하여 소형펀치시험을 수행함으로써 수소가 SP시험결과에 미치는 영향을 파악하였다. 또한 다양한 수소장입 조건에 대하여 경향을 분석할 때, 통계적인 처리를 통해 2가지 인자에 의해 나타나는 결과의 경향을 쉽게 파악할 수 있도록 3차원 분석을 수행하였다. X65강의 모재부를 이용한 실험결과를 보면, 수소장입에 의한 영향이 SP강도에 큰 영향을 미치지 못한 것으로 분석되었고 수소장입에 의한 효과는 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 용접부 시험편에서는 수소장입시 전류밀도와 장입시간이 증가하면 SP강도가 감소하는 경향을 보이고 있으며 모재에 비해 수소에 의한 영향이 크게 나타났다. 미세조직사진과 파면사진을 비교해 보면, 모재부와 용접부는 시각적으로 분명한 차이를 나타내고 있으며, 수소장입조건에 대하여 용접부는 SP거동이 민감하게 반응하였다. 실험으로부터 측정된 SP강도를 기준으로 고려해 볼 때, 모재부 수소장입 시험편은 수소를 장입하지 않은 시험편에 비해 최대 7.5 % 정도의 SP강도가 감소된 반면, 용접부는 최대 32 %의 SP강도가 감소된 것으로 측정되었다. 이러한 경향은 고압의 수소분위기에서 기존의 재료시험법을 통해 측정한 경향과도 일치하였다. 수소는 접촉된 표면으로부터 침투해 들어가므로 충분히 장입된 상태를 만들기 위해서 시험편의 두께가 얇을수록 수소의 장입에 유리하다. 전기화학적인 수소장입법은 수소침투량의 조절이 쉽고 편리한 방법이며 얇은 시험편을 이용하는 소형펀치시험법은 수소가 장입된 시험편의 특성을 평가하기 적합한 평가법이라 할 수 있다. 본 연구를 통해 제안된 평가법의 재현성과 민감도는 실험을 통해 확인되었으며 용접부, 열영향부 등 기존의 기계적 강도평가법을 수행하지 못하는 취약부위를 평가할 수 있다는 장점이 있기 때문에 좋은 평가법의 하나로 활용될 수 있을 것이다.
Hydrogen has been considered as the one of substitute energy after fossil fuel era. But, occurrence of hydrogen embrittlement could be one of the main obstacles for using structural equipment under hydrogen environment. Therefore, it is required to develop assessment methods of hydrogen embrittlemen...
Hydrogen has been considered as the one of substitute energy after fossil fuel era. But, occurrence of hydrogen embrittlement could be one of the main obstacles for using structural equipment under hydrogen environment. Therefore, it is required to develop assessment methods of hydrogen embrittlement for the metals used in production, storage, transmission and application utilities of hydrogen. The most probable method of hydrogen mass transmission is using existing natural gas pipeline. Base or weld part of the pipeline can be damaged by mixed gas of hydrogen in the pipeline. In this study small punch (SP) testing was employed to evaluate the hydrogen embrittlement behavior for a line pipe steel (API X65) with electrochemically hydrogen charged specimens. For various hydrogen charging condition of each SP specimens, SP results were analyzed by statistical method between 2-factors(hydrogen charging conditions) at the same time by reduced 2 factor interaction model. For base metal of API X65 steel evaluated in this study, the effect of hydrogen to strength was not significant. It can be negligible regardless of the hydrogen contents in the steel. But, weld metal showed the sensitive mechanical behavior due to hydrogen and SP strength were decreased as the increase of current density and penetration period whereas base metal showed immune to hydrogen charging. Compared to the each microstructure and fractured surfaces, remarkable difference were found. The maximum reduction of SP strength due to hydrogen charging were 7.5 % for base metal compared to as received specimen. But, hydrogen charged weld specimen showed 32 % lower maximum SP strength compared to non-charged specimens for weld metal. These tendency were consistent to the results from other test methods under high pressure hydrogen environment. Cause the hydrogen penetrate from metal surface contacted with electrolyte and specimen, thin specimens are easy to charging hydrogen. Electro-chemical polarization method could be convenient to control the hydrogen concentration at internal specimen and small punch test can evaluate the sensitivity of hydrogen effect of metals. Since the testing procedure and methods for studying hydrogen embrittlement proposed in this study has shown good reproducibility of test results, the proposed method can be assumed to be a reliable test procedure through the experimental results. Furthermore, this methods capable to evaluate the effect of hydrogen for the weld and heat affected zone(HAZ) which are not capable to evaluate by existing mechanical testing method. It can also be anticipated that the SP test is a good candidate test method for hydrogen damage evaluation method.
Hydrogen has been considered as the one of substitute energy after fossil fuel era. But, occurrence of hydrogen embrittlement could be one of the main obstacles for using structural equipment under hydrogen environment. Therefore, it is required to develop assessment methods of hydrogen embrittlement for the metals used in production, storage, transmission and application utilities of hydrogen. The most probable method of hydrogen mass transmission is using existing natural gas pipeline. Base or weld part of the pipeline can be damaged by mixed gas of hydrogen in the pipeline. In this study small punch (SP) testing was employed to evaluate the hydrogen embrittlement behavior for a line pipe steel (API X65) with electrochemically hydrogen charged specimens. For various hydrogen charging condition of each SP specimens, SP results were analyzed by statistical method between 2-factors(hydrogen charging conditions) at the same time by reduced 2 factor interaction model. For base metal of API X65 steel evaluated in this study, the effect of hydrogen to strength was not significant. It can be negligible regardless of the hydrogen contents in the steel. But, weld metal showed the sensitive mechanical behavior due to hydrogen and SP strength were decreased as the increase of current density and penetration period whereas base metal showed immune to hydrogen charging. Compared to the each microstructure and fractured surfaces, remarkable difference were found. The maximum reduction of SP strength due to hydrogen charging were 7.5 % for base metal compared to as received specimen. But, hydrogen charged weld specimen showed 32 % lower maximum SP strength compared to non-charged specimens for weld metal. These tendency were consistent to the results from other test methods under high pressure hydrogen environment. Cause the hydrogen penetrate from metal surface contacted with electrolyte and specimen, thin specimens are easy to charging hydrogen. Electro-chemical polarization method could be convenient to control the hydrogen concentration at internal specimen and small punch test can evaluate the sensitivity of hydrogen effect of metals. Since the testing procedure and methods for studying hydrogen embrittlement proposed in this study has shown good reproducibility of test results, the proposed method can be assumed to be a reliable test procedure through the experimental results. Furthermore, this methods capable to evaluate the effect of hydrogen for the weld and heat affected zone(HAZ) which are not capable to evaluate by existing mechanical testing method. It can also be anticipated that the SP test is a good candidate test method for hydrogen damage evaluation method.
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